义安矿业副井双线制电控系统应用研究

陈 鑫

（洛阳义安矿业有限公司，河南 新安 471800）

义安矿业副井提升机采用中信重型机械公司生产的JKMD-3.5×4（Ⅲ）E 多绳摩擦式提升机，电控系统采用西门子6RA70 直流调速系统。该系统于2005 年6 月投运以来，至今连续运行已超过15 年。2021 年3 月义安矿业在原电控系统的基础上，新增一套电控系统，形成新、老系统相互备用。副井提升系统经改造后基本实现电控、闸控、提升信号零影响，副井提升系统安全可靠性进一步增强。

1 工程背景

义安矿业副井提升机主电机采用上海电机厂生产的ZKTD215/47.5 型直流电机，电枢电压750 V，励磁电压220 V，电机功率1100 kW。信号系统采用常熟市新虞电器有限公司生产的KXT7 型矿用多功能提升信号装置两套，形成一用一备；闸控系统采用中信重工生产E149SM 恒力矩型液压站两套，形成一用一备；电控系统采用西门子全数字直流调速系统，该系统减少电控系统受谐波的干扰程度，将谐波分量占电流总量的百分比控制到不大于2%，同时满足电控系统实现停悬的要求，主要控制器采用S7-300PLC 数字控制系统，调节系统采用单励磁装置，通讯系统采用对讲机通讯。

义安矿业副井提升电控系统已投入运行16 年，电器元件逐步老化、性能降低，影响设备的安全运转；电控系统核心部件6RA70 直流调速装置已停产，造成备件采购困难；主控系统S7-300PLC 频繁出现通讯异常情况。为保证副井人员提升安全高效运行，急需对副井电控系统进行升级改造。

2 改造可靠性研究

2.1 新、老电控系统切换设计

为达到提升机电控系统实现双线制运行的目的，新增一套双系统切换柜和一套6RA80 传动系统。新传动系统主要包含励磁柜、整流柜和切换柜，采用励磁磁场恒定、串联12 脉动主从控制直流调速方案。新老传动系统切换通过双系统切换柜手动切换。新、老系统均可通过切换柜改变电机转子、定子供电线路，继而均可实现对提升机闸控、信号等系统进行切换控制；另对切换系统安装闭锁装置，一旦新、老系统切换过程中出现错误，及时停止切换及电控系统运行，防范事故发生。新、老系统切换示意图如图1。

2.2 主回路可靠性设计

电控系统主回路由高压配电系统及低压配电系统组成。为实现系统稳定、安全运行，配电系统均采用双回路供电。其中，高压配电系统采用不间断电源供电且供电线路具有各项保护功能；低压配电系统利用开关实现对双回路的切倒。为兼顾供电系统各设备负荷及保证供电安全，系统电机容量扩容100 kW，充分保障提升机电控系统的安全、正常运行。考虑以往提升机出现问题时不能安全、稳定停车，对电控系统中主控提升设备及装置采用不间断、稳压电源的供电模式。

直流调速变频装置为电控系统最核心、关键的主电路，该电路的调节作用通过数字信号处理及半定制电路实现及触发，使变频装置回馈制动，同时通过串行通信方式，实现电路调节与触发之间按位、遵守时序的相互通信，可自动诊断变频装置的故障。变频装置功率部分为Back-to-Back 双三电平结构，采用绝缘栅双极型晶体管等半导体功率器件及直流滤波电容器，同时在相同的三电平结构下，整流和逆变单元使用变频装置回馈制动。提升机运行时主电路电流曲线如图2。

为切实保证电控系统主回路的稳定及安全性，对主回路系统采用容错设计，首先实现电机的单、双绕组控制，并通过切换柜可进行单、双绕组切换，之后利用该基础条件，实现电控系统单绕组无故障运行，即若某一绕组端出现问题，则可切换至另一绕组端运行，始终保证电机正常运转，进一步保证提升机的安全运行，达到容错运行的目的。

2.3 提升工艺控制系统可靠性设计

为实现提升机控制系统的可靠性，结合提升工艺及双线制系统实际条件，将有关工艺要求的闸控、保护、传感器及其他信号接入两套S7-300 型可编程控制器。可编程控制器之间通过信息传递应用程序接口及自动化技术现场总线标准双网络实现数据的衔接、交换，使提升机系统按照设计运行及停悬，切实提升控制系统的可靠性。通过将有关设备、保护及信号等接入两套S7-300 型可编程控制器，有效解决了传统提升机因信号、保护繁多出现不灵敏、不可靠的问题，满足提升系统工艺控制要求。从工程理论方面进行分析，在提升系统工艺控制通过双线制实现热备时，系统出现问题的概率大大降低，维修工作量及时间均大幅减少，正常、平稳运行时间较传统单线制提升系统运行时间增加1 倍。

2.4 监控、通讯系统可靠性设计

升级视频监控系统。采用ASCS 软件建立监控系统，该系统与可编程控制器之间通过自动化技术现场总线标准网络进行数据的传输及交换，从提升机运行速度、高度及电控系统状况等方面进行监控。加装远程在线诊断系统。为了保证提升系统速度、电流及电压等基本指标的正常及稳定，针对以上指标均安装两套传感器，并将传感器接入提升机的双线制系统，通过在可编程控制器预留插口与矿井调度室系统连接可实现远程控制。通过远程诊断系统对现场运行的提升机系统进行在线监视和故障诊断，提高工作效率。安排在井筒敷设一套泄漏通讯系统，井筒新装泄漏通讯系统取代对讲机通讯，实现了井筒检修及应急通讯无盲区。

3 应用效果

义安矿业2021 年3 月完成立井提升电控系统双线制改造，改造过程中新增如下设备：（1）新增一套双系统切换柜和一套传动系统；（2）更换6台高压开关柜；（3）提升机房增设环境监测预警系统；（4）升级视频监控系统；（5）井筒敷设一套泄漏通讯系统；（6）加装远程在线诊断系统。从设计到安装施工调试等全部环节进展高效。经过试运行系统稳定可靠，若6RA70 旧系统出现故障可及时切换到6RA80 新系统运行。通过副井提升装备的软硬件的升级，副井提升系统安全可靠性进一步增强。

4 结论

义安矿业基于可编程控制器及变频装置为核心的双线制提升机电控系统成功应用，通过现场运行反馈，提升机双线制电控系统实现正常切换，故障诊断、提升控制及监控、通讯系统运行可靠，系统维修工作量、难度及维修时间均大幅减少，实现提升机的无故障运行，切实保障矿井主提升系统的安全性，为类似条件下矿井提供借鉴及指导意义。